++ ePolo - Elektroauto selbstgemacht - DIY-Projekt

Update:
16. Juli 2021


100% elektrisch fahren

Der ePolo ist jetzt ein reines Elektroauto. Alles, was zuvor Krach und Gestank verursacht hat, wurde ausgebaut und gegen Elektrokomponenten ersetzt.
Die Traktionsbatterie besteht aus 36 Stück Lithium-Zellen mit einer Speicherkapazität von 23 kWh, womit sich eine Reichweite von 150 km erzielen lässt, je nach Fahrweise weniger oder auch mehr.

Der Elektromotor kann mit einer Dauerleistung von 28kW betrieben werden und kurzzeitig mit bis zu 50kW. Die Leistung ist also die gleiche, wie beim Original-Benzinmotor mit max. 47kW. Der Elektromotor hat jedoch gegenüber dem Verbrenner ein sehr viel besseres Drehmoment-Verhalten, wodurch sich deutlich bessere Fahreigenschaften ergeben. Man legt einfach einen Gang ein, z.B. den dritten, kuppelt ein und fährt aus dem Stand los, nur per Fahrpedal. Im Stadtverkehr könnte man durchgehend im dritten Gang fahren. Wenn man Lust hat, kann man auch in den vierten oder fünften schalten.
Beim Ausrollen (Freilauf, segeln) geht der Energieverbrauch sofort auf Null. Die Start-Stop-Automatik der Verbrenner ist beim E-Antrieb automatisch mit drin.
Und beim Bremsen wird die Bremsenergie nicht einfach in den Bremsscheiben verheizt, sondern in die Batterie zurückgespeist. Bei der sogenannten Rekuperation arbeitet der Elektroantrieb (Motor + Antriebsregler) als Generator und kann so den Energiefluss umkehren. Statt von der Batterie zum Fahrzeug jetzt umgekehrt vom Fahrzeug zur Batterie - einfach genial.



(Bildquelle: Georg Neulen)


Elektroumbau "ePolo" - Projektverlauf vom Stinker zum Saubermann

>>zum Umbau-Beginn

ePolo fertig (2021/05)

Elektroumbau:
Die Traktionsbatterie besteht aus 36 Stück LiFePo4-Zellen (Calb SE200FI, 200Ah).
Speicherkapazität: 23 kWh
Reichweite: ca. 150 km, je nach Fahrweise weniger oder auch mehr.
Dauerleistung: 28kW, kurzzeitig bis zu 50kW
Nennspannung: 3x 68V (96V DC)

Nennstrom: 315A, max. 500A

"TÜV-Abnahme" und Zulassung (2021/05)

Die abschließende Erteilung der Betriebserlaubnis ist am 20.05.2021 in der Prüfstelle des TÜV-Rheinland in Hannover erfolgt, genau genommen bei der FSP (Fahrzeug-Sicherheitsprüfung GmbH), einer zugehörigen Firma.
Vor Ort hat sich die Prüfung im Wesentlichen auf die Aspekte Bremsen, Heizung, Licht, usw. beschränkt, ähnlich wie bei einer Hauptuntersuchung. Die für die Abnahme relevanten Punkte, den Umbau der Antriebsart betreffend, sind bereits bei vorangegangenen Treffen mit dem Prüfer besprochen und somit schon vorab überprüft worden. Besser man klärt frühzeitig, was geht und was nicht, dann gibt es auch keine "Überraschungen" am Tag der Abnahme.

Finales Balancing der Zellen (2021/04)

Finales Balancing der Batterie-Zellen. Bei einzelnen Zellen habe ich mit dem Ladegerät beim Top-Balancing nachgeholfen, um initial eine Gleicheit der Ladezustände aller Zellen zu erreichen. Die Zellplatinen haben nur einen Balancing-Strom von 900 mA. Das genügt, um kleine Differenzen bei der laufenden Nutzung auszugleichen. Bei etwas größeren Differenzen der Ladezustände benötigt der Ausgleich beim dem geringen Strom sehr lange Zeit oder er klappt sogar garnicht.
Am Ende konnte ein nahezu ausbalanzierter Ladezustand aller Zellen erreicht werden.

Fahrwerk und Radlager vorne erneuert (2021/03)

Auf der Rückfahrt von der ersten längeren Testfahrt (mit roter Nummer zur TÜV-Prüfstelle in Hannover) sind mir Laufgeräusche aufgefallen, die auf einen Radlagerschaden hindeuteten. Ich habe das dann zum Anlass genommen, das gesamte vordere Fahrwerk zu überholen. Der erfolgreiche Projektabschluss war ja in Sichtweite, so dass sich der Aufwand in jedem Fall lohnen würde: Tausch der Radlagersätze, neue Antriebswellen, neue Querlenker, neue Stabilisatoren, neue Stoßdämpfer und Konservierung des Achträgers mit Sprühwachs und Hohlraumversiegelung. Bei der Gelegenheit habe ich vorne noch einen 20mm Höherlegungssatz eingebaut, um die leichte Gewichtszunahme vorne durch die Batterien auszugleichen. Desweiteren habe ich die Bremssattel und die Fahrwerksteile lackiert, in der Farbe Carbon-metallic.

Neue CALB-Zellen (2021/03)

Vier neue CALB-Zellen als Ersatz für vier Zellen minderer Qualität aus dem ersten Satz. Ich hatte zunächst 32 Stück Calb-Zellen SE200FI gekauft und später noch einmal 4 Stück nachbestellt. Leider hat sich später bei der ersten Testfahrt (mit Belastung) herausgestellt, dass die nachgekauften 4 Zellen nur minderer Qualität waren. Sie hatten einen deutlich höheren Innenwiderstand. Die Werte lagen oberhalb des spezifizierten Toleranzbereiches von 0,1...0,5 mOhm. Nachdem die Zellen auffällig waren - die Spannung brach bei Belastung extrem ein, so dass das BMS Unterspannung gemeldet hat und ich die Belastung reduziere musste. Die Kapazität der einzelnen Zellen habe ich dann nachgemessen und festgestellt, dass sie statt der 200Ah nur zwischen 160 und 170 Ah betragen hat. Mit dem Lieferanten habe ich mich dann auf Rückabwicklung des Kaufes einigen können.
Parallel hatte ich von einem anderen Lieferanten 4 Calb-Zellen bestellt. Die Messwerte dieser 4 Zellen entsprachen hingegen der Spezifikation oder waren sogar besser: Innenwiderstand aller Zellen um 0,2 mOhm, die Kapazität lag bei allen deutlich über 200 Ah. Nach Einbau dieser Zellen, konnten der volle Strom und die volle Leistung abgerufen werden.

Missgeschick BMS Kurzschluss (2021/02)

Durch ein Missgeschick habe ich beim Umbau einen Kurzschluss der 12V-Versorgung im BMS-System verursacht.
Wie ich bei der schrittweisen Fehleranalyse feststellen konnte, hat der Kurzschluss glücklicherweise nur einem Defekt im 12V-Netzteil geführt. Die anderen Komponenten des Batterie-Management-Systems (BMS) waren nicht betroffen.
Nach dem Austausch des Netzteiles gegen ein neues konnte ich das Batteriesystem wieder in Betrieb nehmen.

Elektrische Servopumpe (2021/01)

Die elektrische Servopumpe für die Servolenkung (Koyo) ist leider nach nur kurzer Betriebsdauer defekt gegangen und musste gegen eine neue (generalüberholte) ausgetauscht werden.
Wie ich später festgetellt habe, könnte ich selbst den Defekt verursacht haben. Bei einem Relais hatte ich die Freilaufdioden versehentlich falsch angeschlossen. In Folge könnten Spannungsspitzen beim Schalten der Relais aufgetreten sein, die zum Defekt der Elektronik der Servopumpe geführt haben können. Sie kann aber auch zufällig gerade zu dem Zeitpunkt ihr Lebensende erreicht haben.

Kurz vor erster Testfahrt (2021/01)

Kurz vor der ersten Testfahrt: Ein defekter ABS-Sensor konnte ermittelt werden. Nach dem Tausch gegen einen neuen ABS-Sendor war das ABS fehlerfrei.

Linderung von Phantomschmerzen (2020/12)

Einige Sensorsignale habe ich über eine Widerstand-Beschaltung nachgebildet, damit das Simos Motorsteuergerät weniger Fehlermeldungen, wegen fehlender oder fehlerhaft angeschlossener Sensoren, in den Fehlerspeicher schreibt.
Natürlich kann man diese Fehlermeldungen nach dem Auslesen auch einfach ignorieren, aber es ist doch angenehmer, wenn im Fehlerspeicher nur wirklich relevante Fehlermeldungen auftauchen.

Arduino Emulation von Kurbelwellen- und Nockenwellensignalen (2020/11)

Das originale Motorsteuergerät (Simos) erwartet bestimmte Signale/Messwerte von den am Verbrennungsmotor verbauten Sensoren. Einige dieser Signale werden, jetzt, wo der verbrenner nicht mehr da ist, nicht mehr benötigt und können ignoriert werden. Ein paar Signale werden zwar eigentlich nicht mehr benötigt, sie können aber zu "Phantomschmerzen" in der Motorsteuerung führen. Ein paar Signale sind jedoch für den Betrieb des ePolo erforderlich. Insbesondere die aktuelle Motor-Drehzahl ist da zu nennen. Ohne diese Signal lässt sich die aktuelle Drehzahl des Motors nicht anzeigen -da wäre noch zu verschmerzen und man könnte auch ohne diese Info fahren.
Es ist jetzt aber so, dass die Motorsteuerung auch die Kontrolle über die Pumpe für die Servo-Lenkung inne hat. Und wie ich feststellen musste, wird die Servopumpe erst eingeschaltet, wenn der Motor einen Mindestdrehzahl von 500 rpm überschritten hat - der Verbrennungsmotor also an ist und mindestens im Leerlauf dreht (800..900 rpm).
Der Elektromotor hingegen erfordert keine Leerlaufdrehzahl - wenn das Auto stillsteht, steht auch er. Das führt dann dazu, dass die Servolenkung im Stand und bei langsamer Geschwindigkeit nicht aktiv sein würde.
Lösung: Über einen Ardiuno-Mikrocontroller (bzw. zwei Stück davon) dem Motorsteuergerät bei Drehzahlen unterhalb der Drehzahlschwelle der Servopumpe eine entsprechende Mindestdrehzahl vorgaukeln.

CAN-Bus-System des Polo (2020/10)

Der Standard VW-Polo9N verfügt über drei CAN-Bus-Systeme mit unterschiedlichen Übertragungs-Geschwindigkeiten:
CAN-Antrieb (500 kBit/s), schnell, für die Motorsteuerung, ABS, usw.
CAN-Komfort (100 kBit/s), langsamer, für die Komfort-System, Klimaanlage usw.
CAN-Diagnose (100 kBit/s), langsamer, für die Übertragung von Parametern zu Diagnosezwecken.
Im Rahmen der Fehlersuche und Ursachenanalyse habe ich auch die CAN-Systeme auf korrekte Funktion überprüft und dafür einen entsprechenden Adapter gebaut, um die Signale oszilloografieren zu können.

BMS erstes Laden (2020/09)

Das erste Mal laden der Fahrbatterer. Die Zellspannungen werden über das Batterie-Management-System (BMS) erfasst und über Bluetooth an die App vom Boostech-BMS übertragen und angezeigt.
Die Spannung und die Temperatur jeder einzelnen LiFePo4-Zelle wird angezeigt.

Schaltkasten mit BMS-Relais und Netzanschluss (2020/09)

Schaltkasten mit BMS-Relais zur Steuerung der Batterie-Heizung und des Ladegerätes. Taster und Widerstandsbeschaltung für Kommunikation zur Ladesäule / Wallbox.

Relaisplatine (2020/08)

Die Relaisplatine dient dazu die Steuersignale vom 12V-Bordspannungssystem "potenzialfrei" zum HV-Batteriesystem zu übertragen.
Hintergrund: Beim der 12V-Bordspannung ist der Minuspol mit der Karosserie (Masse) verbunden. Beim HV-Batteriesystem (HV = Hochvolt) ist das jedoch nicht der Fall. Das HV-System und darin eingebunden die Fahrbatterie ist als sogenantes IT-System, ohne Verbindung zur Masse, ausgeführt. Es ist also komplett isoliert von der Masse! Das bringt Vorteile in Hinsicht auf die Sicherheit. Die Gefahr für Personen durch elektrischen Schlag verletzt zu werden ist geringer, wenn sichergestellt ist, dass die Isolierung zwischen Karossierie (Masse) und IT-System auch gegeben ist.

Controller-Box DMC SuperSigma2 (2020/08)

Der verwendete Controller ist vom Typ DMC SuperSigma2 (Nenn-Batteriespannung 96V(DC) / 300A Dauerstrom und bis zu 600A kurzzeitig).
Der ePolo arbeitet mit einer Batteriespannung von 120 V(DC). Der Controller kann diese Spannung und noch etwas darüber vertragen.
Der Controller ist ein Wechselrichter mit integrierter Steuerung, der den Elektromotor mit Energie versorgt und dabei das vom Motor erzeugte Drehmoment exakt einstellen kann. Der Motor wird dafür mit einer variablen Spannung mit variabler Frequenz beaufschlagt. Die Höhe des Drehmomentes und die Wirkrichtung (antreiben oder bremsen) wird von der Steuerung aus den vom Fahrer über die Pedale gegebenen Fahrbefehlen ermittelt.

Ladegeräte (2020/07)

Im ePolo sind verschiedene Ladegeräte verbaut. Das Hauptladegerät ist das Zivan NG3-CAN zum Laden der Fahrbatterie. Es lädt mit einer Leistung von 2,2kW und wird über das Batterie-Management-System (BMS) über einen entsprechenden Steuereingang eingeschaltet und ggf. ausgeschaltet, wenn mindestens eine der 36 Batteriezellen ihr Ladelimit erreicht hat.und bei fortgesetzter Ladung überladen würde.
Ansonsten schaltet sich das Ladegerät auch selbst ab, wenn eine bestimmte Ladespannung erreicht und bei dieser Spannung der Ladestrom auf einen eingestellten Wert abgesunken ist. Das Ladeende wird bei Lithium-Akkus auf diese Weise definiert.
Das CTEK-Ladegerät "Lithium XS" dient zum Laden der Lithium-Batterie für die 12V-Bordspannung. Die Ladung erfolgt immer parallel zum Laden der Fahrbatterie. Die 12V-Batterie wird nur geladen, wenn die Batterie-Heizung ausgeschaltet ist, dadurch wird das Laden der Lithium-Zellen (LiFePo4) bei zu niedrigen Temperaturen vermieden.
Der Chennic DC-DC-Wandler dient als Ersatz für den entfallenen Generator (Lichtmaschine) des Verbrennungsmotors. Der DC-DC-Wandler wird im Betrieb über die 120V DC-Spannung der Fahrbatterie gespeist. Der Ausgang versorgt parallel zur 12V-Batterie das 12V-Bordnetz. Je nach Ladezustand der 12V-Batterie trägt der DC-DC-Wandler mehr oder weniger zur Versorgung bei. Bei sehr niedrigem Ladezustand wird die 12V-Batterie sogar geladen.

Ladedose Typ2 (2020/07)

Die Typ2-Ladedose zum Anschluss des Ladesteckers der Ladestation oder einer Wallbox ist an Stelle des ausgebauten Tankstutzens installiert.
Über den Typ2-Anschluss stehen dem ePolo alle drei Phasen des Drehstromnetzes inkl. Nullleiter zur Verfügung. Somit wäre auch das Laden mit höherer Leistung möglich, jedoch ist an Bord des ePolo nur ein einphasiges Ladegerät verbaut, mit einer Ladeleistung von 2,2 kW. Diese Ladeleistung reicht vollkommen aus, wenn die Tagesfahrleistung im Bereich der Reichweite von ca. 150 km liegt. Mit dieser Ladeleistung lässt sich die Batterie in jedem Fall über Nacht wieder voll aufladen - Am Folgetag steht der ePolo dann immer wieder mit voller Reichweite zur Verfügung.

Schaltkontakt für Handbremse angezogen (2020/07)

Schaltkontakt zur Detektion, ob Handbremse angezogen ist und der ePolo damit gegen Wegrollen gesichert ist. Das Anziehen der Handbremse ist bei einem Elektroauto besonders wichtig, denn im Gegensatz zum Verbrennungsmotor erzeugt der E-Motor im ausgeschalteten Zustand keine Bremskraft. Es genügt nicht, nur einen Gang einzulegen.

Elektrik (2020/07)

Nicht mehr benötigte Verkabelung des Original-Polos soweit möglich entfernt, natürlich nach genauer Identifikation und Prüfung anhand der zugehörigen Schaltpläne von VW.

Lithium-Zellen installiert (2020/06)

Batteriezellen in Boxen installiert.

Batteriezellen-Heizung (Frostschutz) (2020/06)

Elektrische Batterie-Heizung (Heizfolien) zur Temperierung der Batteriezellen auf Temperaturen im Plusbereich. Die LiFePo4-Zellen dürfen laut Spezifikation bei Temeraturen unterhaln von 0C nicht geladen werden.
Bei frostigen Temperaturen wird nach dem Anschluss an die Ladestation, vom Batterie-Management-System (BMS) zunächst die Batterie-Heizung angesteuert, wenn die Zelltemperaturen unterhalb einer Mindesttemperatur liegen. Der Ladevorgang wird dann erst gestartet, wenn die Mindesttemperatur erreicht ist.

Alu-Boxen für Batterien (2020/06)

Die Batterien sind in geschlossenen Aluminium-Boxen untergebracht. Die Boxen sind so konstruiert, dass sie passgenau den zur Verfügung stehenden Raum ausnutzen - unter der Haube ist nicht wirklich viel "Luft" übrig geblieben.
Die insgesamt 36 Stück Batteriezellen (Calb LiFePo4, 200Ah) sind auf drei Boxen verteilt angeordnet, 2/3 des Gewichtes vorne und 1/3 hinten.

PTC-Heizung für Scheiben und Innenraum (2020/05)

Die im Original-Polo vorhandene Kühlung habe ich demontiert, da der zugehörige Klimakompressor zuvor per Zahnriemen vom Verbrenner angetrieben wurde.
Anstelle des Verdampfers habe ich jetzt die PTC-Heizelemente eingebaut. Sie sind direkt im Zuluftstrom angeordnet, so dass die ihre Wärme bestmöglich an die Zuluft abgeben können.
Die PTC-Heizung kann in zwei Stufen á 1500W aktiviert werden. Die Wärmeleistung ist mehr als ausreichend, um beschlagene Scheiben schnell frei zu bekommen, da die Wärme fast direkt verfügbar ist.

Einbau Motor und Getriebe (2020/03)

Beim ePolo wurde nur der Verbrennungsmotor wurde durch den Elektromotor ersetzt. Das Original-Getriebe ist erhalten geblieben, so dass er später, fast wie ein normaler Schaltwagen zu bedienen ist - aber viel besser. Die Antriebseinheit bestehend aus Getriebe und E-Motor wird an drei Punkten im Motorraum befestigt, wie zuvor auch. Zwei der Befestigungspunkte greifen am Getriebe an. Der dritte liegt motorseitig, ebenfalls wie bisher.

Elektromotor, Adapterplatte, Kupplung (2019/12)

Der Asynchronmotor AKOE-132 (28kW/50kW) war mit einer Adapterplatte für einen Mazda MX-5 bestückt und mit einer zugehörigen Kupplung. Die Adapterplatte musste ich erst auf das Polo-Getriebe anpassen. Dazu habe ich den Elektromotor fast komplett in seine Bestandteile zerlegt.

Getriebe (2019/11)

Getriebe gereinigt, Ausrücklager erneuert und neue Kupplung eingebaut.

Fahrwerk, Unterboden (2019/10)

Auto-Unterseite, hinteres Fahrwerk überholt, Trommelbremsen hinten überholt (Bremszylinder und Bremsbeläge neu). Hinterachse mit Sprühwachs konserviert.

Motorausbau (2019/09)

Demontage vom Verbrennungsmotor und allen dazu gehörenden Teilen, wie Kühlsystem, Abgasanlage und Benzintank.

Basisauto VW Polo 9N2 (2018/12)


Kauf eines VW Polo 9N2 mit einem kapitalen Motorschaden (1,2 Liter, 3 Zylinder 47kW) von einem privaten Anbieter aus Köln. Bereits im Dezember 2018 online gekauft, jedoch hat sich erst im März 2019 eine preisgünstige Autotransportmöglichkeit ergeben. Danke an den Verkäufer für die Geduld und an das Hamelner Transortunternehmen Fa. ??? für den günstigen Preis.

Haftungsausschluss
ohne Gewähr Die auf dieser Site dargebotenen Beschreibungen und Erläuterungen zu dem von mir als DIY-Projekt umgebauten ePolo, dienen keines Falles als Anleitung zum Nachbau und sind auch nicht als Empfehlung zu versethen, dies in gleicher Weise nachzumachen.
Die Präsentation dient rein zu "Unterhaltungszwecken" für Menschen, die ähnliche oder andere Selbermacher-Projekte zum gleichen oder zu anderen Themengebieten unternehmen.
Alle Angaben sind nach bestem Wissen und Gewissen erfolgt. Für die Richtigkeit übernehme ich keine Gewähr. Jede Nachahmung erfolgt auf eigene Gefahr.
So müsste es deutlich genug sein...
nur zur Unterhaltung

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Lorey Elektroauto-Umrüstung Über Marco Lorey habe ich einige Komponenten gekauft und auch technische Themen besprochen. Der eLupo, den ich 2015 erworben habe, ist vom Vorbesitzer mit Unterstützung durch Fa. Lorey auf Elektro umgebaut worden.
Nachdem beim eLupo der alte DMC-Controller ausgefallen ist, habe ich in dem Zuge den eLupo auf den neuen Controller-Typ Sigma2 umgestellt. Diesen habe ich über Lorey gekauft und von Marco Lorey auch Unterstützung bei der Umstellung erhalten. Besten Dank dafür. DMC digital motor control Hersteller des verwendeten Controllers SuperSigma2
Auch von Fa. DMC habe ich einiges an Support erhalten, im Zusammenhang mit den eingesetzten Controllern. Danke dafür. Fleck-Elektroauto Heiko Fleck ist seit vielen Jahren in Sachen Elektroumbau unterwegs. Er vertreibt Komponenten für Umbauten und unterstützt Umbauer gerne, wenn Fragen aufkommen. Sehr hilfreich sind seine vielen Videos zum Thema Umbau. Er hat mir auch sehr unkompliziert mit Daten und Kennlinien zum eingesetzten Motor ausgeholfen. Allerbesten Dank dafür.
mailto:Georg Neulen
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